移动通信系统的基本处理技术(多址技术和信源编码).ppt

《移动通信系统的基本处理技术(多址技术和信源编码).ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《移动通信系统的基本处理技术(多址技术和信源编码).ppt（102页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、重庆大学重庆大学 Chongqing University University 1 112/22/2022移动通信系统移动通信系统第三章第三章 移动通信系统的移动通信系统的基本处理技术基本处理技术重庆大学重庆大学 Chongqing University University 2 212/22/2022第三章第三章 移动通信系统的基本处理技术移动通信系统的基本处理技术主要内容：主要内容：3.1 多址技术多址技术 3.2 信源编码与数据压缩信源编码与数据压缩重庆大学重庆大学 Chongqing University University 3 312/22/2022 在移动通信中两个最核心的问题

2、是如何克服信在移动通信中两个最核心的问题是如何克服信道与用户带来的两重动态特性。上一章着重分析了道与用户带来的两重动态特性。上一章着重分析了信道的动态性，这一章将讨论用户动态性及其带来信道的动态性，这一章将讨论用户动态性及其带来的一系列问题。的一系列问题。移动通信与固定式有线通信的最大差异在于固移动通信与固定式有线通信的最大差异在于固定通信是静态的，而移动通信是动态的。为了满足定通信是静态的，而移动通信是动态的。为了满足多个移动用户同时进行通信，必须解决以下两个问多个移动用户同时进行通信，必须解决以下两个问题，首先是动态寻址，其次是对多个地址的动态划题，首先是动态寻址，其次是对多个地址的动态划

3、分与识别。这就是所谓多址技术，在多址技术中重分与识别。这就是所谓多址技术，在多址技术中重点研究的是利用扩频技术来实现码分多址点研究的是利用扩频技术来实现码分多址CDMA。3.1 多址技术多址技术重庆大学重庆大学 Chongqing University University 4 412/22/2022多址技术的基本概念多址技术的基本概念3.1 多址技术多址技术 所谓多址技术就是使多个用户接入并共享同一个无线通所谓多址技术就是使多个用户接入并共享同一个无线通信信道信信道,以提高频谱利用率的技术。即把同一个无线信道按以提高频谱利用率的技术。即把同一个无线信道按照时间、频率等进行分割照时间、频率等进

4、行分割,使不同的用户都能够在不同的分使不同的用户都能够在不同的分割段中使用这一信道割段中使用这一信道,而又不会明显地感觉到他人的存在而又不会明显地感觉到他人的存在,就好像自己在专用这一信道一样。就好像自己在专用这一信道一样。占用不同的分割段就像是占用不同的分割段就像是拥有了不同的地址拥有了不同的地址,使用同一信道的多个用户就拥有了多个使用同一信道的多个用户就拥有了多个不同的地址。这就是多址技术不同的地址。这就是多址技术,亦称多址接入技术。亦称多址接入技术。在蜂窝移动通信系统中在蜂窝移动通信系统中,多个移动用户要同时通过一个多个移动用户要同时通过一个基站和其他移动用户进行通信基站和其他移动用户进

5、行通信,就必须对基站和不同的移动就必须对基站和不同的移动用户发出的信号赋予不同的特征用户发出的信号赋予不同的特征,使基站能从众多移动用户使基站能从众多移动用户的信号中区分出是哪一个移动用户发来的信号的信号中区分出是哪一个移动用户发来的信号,同时各个移同时各个移动用户又能够识别出基站发出的信号中哪个是发给自己的。动用户又能够识别出基站发出的信号中哪个是发给自己的。重庆大学重庆大学 Chongqing University University 5 512/22/20223.1.1 多址接入基本原理多址接入基本原理 多址划分从原理上看与固定通信中的信多址划分从原理上看与固定通信中的信号多路复用是一

6、样的，实质上都属于信号的号多路复用是一样的，实质上都属于信号的正交划分与设计技术。不同点是多路复用的正交划分与设计技术。不同点是多路复用的目的是区别多个通路，通常是在基带和中频目的是区别多个通路，通常是在基带和中频上实现，而多址划分是区分不同的用户地址，上实现，而多址划分是区分不同的用户地址，通常需要利用射频频段辐射的电磁波来寻找通常需要利用射频频段辐射的电磁波来寻找动态的用户地址，同时为了实现多址信号之动态的用户地址，同时为了实现多址信号之间互不干扰，信号之间必须满足正交特性。间互不干扰，信号之间必须满足正交特性。3.1 多址技术多址技术重庆大学重庆大学 Chongqing Universi

7、ty University 6 612/22/2022FDMA:FDMA:称称为为频频分分多多址址，即即每每个个用用户户占占用用一一个个频频道道其其原原理理图图如下：如下：理论上划分：理论上划分：实际上的划分：实际上的划分：图图.频分多址原理图频分多址原理图在在移移动动通通信信中中最最典典型型的的频频分分多多址址方方式式有有：北北美美：800MHz800MHz的的AMPSAMPS体制；欧洲与我国：体制；欧洲与我国：900MHz900MHz的的TACSTACS体制。体制。3.1 多址技术多址技术重庆大学重庆大学 Chongqing University University 7 712/22/2

8、022TDMA:当时，称为时分多址当时，称为时分多址TDMA,其原理图如下：其原理图如下：从理论上划分：从理论上划分：实际上划分：实际上划分：图图.时分多址原理图时分多址原理图在移动通信中最典型的时分多址方式有：北美：在移动通信中最典型的时分多址方式有：北美：D-AMPS；欧洲与我国：欧洲与我国：GSM-900、DCS-1800；日本：日本：PDC。3.1 多址技术多址技术重庆大学重庆大学 Chongqing University University 8 812/22/2022CDMA：当时当时,称为时分多址称为时分多址CDMA，它有两种主要形式：它有两种主要形式：直扩码分直扩码分DS-CD

9、MA：多用于商用系统，其原理图如下：多用于商用系统，其原理图如下：直扩码分原理图直扩码分原理图CDMA与与FDMA、TDMA划分形式不一样，划分形式不一样，FDMA与与TDMA属于一维属于一维(频域或时域频域或时域)划分，划分，CDMA则属于二维则属于二维(时、时、频域频域)划分。划分。CDMA中所有用户占有同一时隙、同一频段，中所有用户占有同一时隙、同一频段，区分用户的特征是用户地址码的相关特性。区分用户的特征是用户地址码的相关特性。FDMA、TDMA的地址划分是基于简单的非此即彼、非共的地址划分是基于简单的非此即彼、非共享型，即两个以上用户不可能同时占有同一频段享型，即两个以上用户不可能同

10、时占有同一频段(或时隙或时隙)，CDMA的地址划分是基于特征，是相容的，即两个以上的地址划分是基于特征，是相容的，即两个以上用户可以同时占有同一频段、同一时隙，是共享型的，其用户可以同时占有同一频段、同一时隙，是共享型的，其条件是只要它们具有可分离的各自特征条件是只要它们具有可分离的各自特征(码的相关特性码的相关特性)即即可。可。3.1 多址技术多址技术重庆大学重庆大学 Chongqing University University 9 912/22/2022在移动通信中最典型的码分多址方式在移动通信中最典型的码分多址方式有：第二代的窄带有：第二代的窄带CDMA系统：系统：IS-95体制；第三

11、代的体制；第三代的CDMA2000体制；第体制；第三代的三代的WCDMA体制。体制。3.1 多址技术多址技术重庆大学重庆大学 Chongqing University University 101012/22/2022SDMA:当时当时,称它为空分多址称它为空分多址SDMA，其原理图如下：其原理图如下：图图3.6 空分多址原理图空分多址原理图空分地址的实现是利用无线的方向性波束，将服务区空分地址的实现是利用无线的方向性波束，将服务区(小区内小区内)划分为不同的子空间进行空间正交隔离。移划分为不同的子空间进行空间正交隔离。移动通信中的扇区天线可以看作是动通信中的扇区天线可以看作是SDMA的一种基

12、本实的一种基本实现方式。智能式自适应天线是将来移动通信中准备采现方式。智能式自适应天线是将来移动通信中准备采用的一项新的关键技术，是典型的空分方式。用的一项新的关键技术，是典型的空分方式。3.1 多址技术多址技术重庆大学重庆大学 Chongqing University University 111112/22/2022除了上述基于物理层的时分、频分、码分与空分多除了上述基于物理层的时分、频分、码分与空分多址接入方式以外，还有一种基于网络层的网络协议址接入方式以外，还有一种基于网络层的网络协议的分组无线电的分组无线电(PR)ALOHA随机多址接入协议方式。随机多址接入协议方式。ALOHA多址接

13、入不同于前面介绍的时分、频分与多址接入不同于前面介绍的时分、频分与码分的多址接入方式，它实际上是一种自由竞争式码分的多址接入方式，它实际上是一种自由竞争式的随机接入方式，是以网络协议的形式来实现的。的随机接入方式，是以网络协议的形式来实现的。ALOHA原本是夏威夷俚语，用于对人到达或离开原本是夏威夷俚语，用于对人到达或离开时致意的问候语。时致意的问候语。1968年夏威夷大学将解决夏威夷年夏威夷大学将解决夏威夷群岛之间数据通信的一项研究计划命名为群岛之间数据通信的一项研究计划命名为ALOHA。3.1 多址技术多址技术重庆大学重庆大学 Chongqing University University

14、 121212/22/20223.1.2 移动通信中的典型多址接入方式移动通信中的典型多址接入方式1.FDMA第一代移动通信是模拟式移动通信，都采用频分多址第一代移动通信是模拟式移动通信，都采用频分多址FDMA方式，最典型的有北美的方式，最典型的有北美的AMPS和欧洲及我国的和欧洲及我国的TACS体制。下面以体制。下面以TACS为例讨论为例讨论FDMA方式：方式：TACS多址划分多址划分3.1 多址技术多址技术重庆大学重庆大学 Chongqing University University 131312/22/2022TACS的总可用频段：的总可用频段：(与与GSM频段相同频段相同)上行：上行

15、：890915MHz，占用占用25MHz；下行：下行：935960MHz，占用占用25MHz。TACS采用频率双向双工采用频率双向双工FDD 方式。收方式。收/发频段发频段间距为间距为45MHz，以防止发送的强信号对接收的弱信号的影以防止发送的强信号对接收的弱信号的影响。每个话音信道占用响。每个话音信道占用25KHz频带，采用窄带调频方式。频带，采用窄带调频方式。TACS系统可以支持的信道数为：系统可以支持的信道数为：其中，其中，为为TACS的可用频段带宽，的可用频段带宽，为信道为信道(话音话音)带宽。带宽。3.1 多址技术多址技术重庆大学重庆大学 Chongqing University U

16、niversity 141412/22/2022FDMA的主要特点：的主要特点：比较简单、容易实现，适用于模拟和数字比较简单、容易实现，适用于模拟和数字是以频率复用为基础的蜂窝结构，以频带划分各种小区是以频率复用为基础的蜂窝结构，以频带划分各种小区需要周密的频率规划，是一个频道受限和干扰受限系统需要周密的频率规划，是一个频道受限和干扰受限系统以频道分离用户地址，每一频道传输一个模拟以频道分离用户地址，每一频道传输一个模拟/数字话路数字话路对功控要求不严，硬件设备取决于频率规划和频道设置对功控要求不严，硬件设备取决于频率规划和频道设置基站是多部不同载波频率发射机同时工作基站是多部不同载波频率发射

17、机同时工作不宜在大容量的系统中使用不宜在大容量的系统中使用3.1 多址技术多址技术重庆大学重庆大学 Chongqing University University 151512/22/2022互调干扰互调干扰概念概念：指系统内由于非线性器件：指系统内由于非线性器件(功率放大器功率放大器)产生的各产生的各种组合频率成分落入本频道接收机通带内造成对有用种组合频率成分落入本频道接收机通带内造成对有用信号的干扰信号的干扰。解决办法解决办法：减小产生互调干扰的条件，尽可能提高系：减小产生互调干扰的条件，尽可能提高系统的线性程度，并选用无互调的频率集统的线性程度，并选用无互调的频率集(频率规划频率规划)邻

18、信道干扰邻信道干扰概念概念：指相邻信道信号中存在的寄生辐射落入本频道：指相邻信道信号中存在的寄生辐射落入本频道带内造成对有用信号的干扰带内造成对有用信号的干扰原因原因：带外抑制不够，非线性器件产生寄生辐射：带外抑制不够，非线性器件产生寄生辐射解决方法解决方法：规定收发信机的技术指标，即规定发射机：规定收发信机的技术指标，即规定发射机的寄生辐射和接收机的中频选择性，还可采用加大频的寄生辐射和接收机的中频选择性，还可采用加大频道间的隔离度。道间的隔离度。3.1 多址技术多址技术重庆大学重庆大学 Chongqing University University 161612/22/20222.TDMA

19、第二代移动通信是数字式移动通信，它第二代移动通信是数字式移动通信，它主要采用两类多址方式：一类是欧洲大主要采用两类多址方式：一类是欧洲大多数国家采用的时分多址多数国家采用的时分多址TDMA方式，方式，另一类是北美等采用的码分多址另一类是北美等采用的码分多址CDMA方式，我国两类方式都有。这里先介绍方式，我国两类方式都有。这里先介绍最典型的最典型的TDMA方式方式GSM体制。体制。3.1 多址技术多址技术重庆大学重庆大学 Chongqing University University 171712/22/2022在在GSM中最多可以八个用户共享一个载波，而用中最多可以八个用户共享一个载波，而用户

20、之间则采用不同时隙来传送自己的信号。户之间则采用不同时隙来传送自己的信号。GSM一个一个TDMA帧的结构图如下所示。帧的结构图如下所示。GSM系统一个系统一个TDMA帧的结构帧的结构3.1 多址技术多址技术重庆大学重庆大学 Chongqing University University 181812/22/2022GSM系系统统的的时时隙隙结结构构可可划划分分为为四四种种类类型型：常常规规突突发发序序列列、频频率率校校正正突突发发序序列列、同同步步突突发发序序列列、接接入入突突发发序序列列。GSM采采用用频频率率双双向向双双工工FDD方方式式，上上、下下行行频频段段(发发、收收)间间隔隔为为4

21、5MHz，每每个个话话音音信信道道占占用用200kHz，采采用用GMSK调制。调制。GSM系统总共可提供频点数为：系统总共可提供频点数为：而而每每个个频频点点提提供供8个个时时隙隙，因因此此GSM总总共共可可提提供供的的时时分分信信道数为：道数为：3.1 多址技术多址技术重庆大学重庆大学 Chongqing University University 191912/22/2022TDMA的主要技术特点：的主要技术特点：每载波每载波8个时隙信道，每个信道可提供一个数个时隙信道，每个信道可提供一个数字话音用户，因此每个载波最多可提供字话音用户，因此每个载波最多可提供8个用户。个用户。突发脉冲序列传

22、输。每个移动台发射是不连续的，突发脉冲序列传输。每个移动台发射是不连续的，只是在规定的时隙内才发送脉冲序列。传输开销只是在规定的时隙内才发送脉冲序列。传输开销大，大，GSM的的TDMA帧层次结构如图帧层次结构如图3.9所示，共分所示，共分为五个层次：时隙、为五个层次：时隙、TDMA帧、复帧、超帧、超帧、复帧、超帧、超高帧，每个层次都需占用一些非信息位的开销，高帧，每个层次都需占用一些非信息位的开销，这样总的开销就比较大，以致影响整体传输效率。这样总的开销就比较大，以致影响整体传输效率。3.1 多址技术多址技术重庆大学重庆大学 Chongqing University University 20

23、2012/22/20223.1 多址技术多址技术 图图.GSM五层次帧结构五层次帧结构 重庆大学重庆大学 Chongqing University University 212112/22/2022GSM每个信道比每个信道比TACS宽宽8倍，传输速率达倍，传输速率达270.8Kbps，在在这个速率上就不能不考虑多径传输时延扩展的影响。因为这个速率上就不能不考虑多径传输时延扩展的影响。因为GSM的码元周期为的码元周期为3.7us，而繁华城区的多径时延扩展可而繁华城区的多径时延扩展可达达3us左右，已完全可以比拟。为了克服多径时延扩展，左右，已完全可以比拟。为了克服多径时延扩展，GSM采用了自适应

24、均衡技术，增加了设备的复杂性。采用了自适应均衡技术，增加了设备的复杂性。GSM中由于每个载波可提供中由于每个载波可提供8个用户，这个用户，这8个用户由于时分个用户由于时分特性可以共用一套收、发设备，因此与特性可以共用一套收、发设备，因此与 FDMA比较，减少比较，减少了七倍的用户设备，降低了成本。了七倍的用户设备，降低了成本。GSM是数字式移动通信，它对新技术是开放的，这里的开是数字式移动通信，它对新技术是开放的，这里的开放是指对新技术适应性比模拟的放是指对新技术适应性比模拟的FDMA强。强。GSM的时隙结的时隙结构灵活，不仅可以适应不同数据速率构灵活，不仅可以适应不同数据速率(一般指单个信道

25、速一般指单个信道速率低于率低于8倍的整数倍倍的整数倍)的数据传送，还可以利用时隙的空闲的数据传送，还可以利用时隙的空闲省去双工器省去双工器(利用时隙间切换利用时隙间切换)。3.1 多址技术多址技术重庆大学重庆大学 Chongqing University University 222212/22/20223.CDMA它是第二代移动通信中的两种主要多址方它是第二代移动通信中的两种主要多址方式中除式中除TDMA以外的另一种形式，最典型以外的另一种形式，最典型的是的是IS-95。在第三代移动通信中，五种体在第三代移动通信中，五种体制中最主要的三种也是采用制中最主要的三种也是采用CDMA，它们它们是是

26、FDD的的CDMA2000、FDD的的WCDMA，与与TDD的的TD-SCDMA。3.1 多址技术多址技术重庆大学重庆大学 Chongqing University University 232312/22/2022我们以我们以IS-95体制中的码分多址方式来说明。在体制中的码分多址方式来说明。在IS-95中，中，一个基站共有一个基站共有64个信道，采用正交的个信道，采用正交的Walsh函数来划分信函数来划分信道，在完全同步的情况下，道，在完全同步的情况下，64个个Walsh函数是完全正交的。函数是完全正交的。下行下行(前向前向)信道配置如下图所示。信道配置如下图所示。IS-95下行下行(前向

27、前向)信道配置信道配置64个信道中一个导频信道个信道中一个导频信道，一个同步信道，七个寻呼信道，一个同步信道，七个寻呼信道，其余五十五个为业务信道。其余五十五个为业务信道。3.1 多址技术多址技术重庆大学重庆大学 Chongqing University University 242412/22/2022上行上行(反向反向)信道配置如下图所示。信道配置如下图所示。IS-95下行下行(前向前向)信道配置信道配置其中其中 ，即接入信道最多为，即接入信道最多为32个，业务个，业务信道最多为信道最多为64个。个。3.1 多址技术多址技术重庆大学重庆大学 Chongqing University Uni

28、versity 252512/22/2022IS-95采用频率双向双工采用频率双向双工FDD方式方式(与与AMPS相同相同)。下行：。下行：824849MHz，占用占用25MHz、上行：上行：869894MHz，占用占用25MHz。上、下行频段间隔上、下行频段间隔(即即FDD间隔间隔)为为45MHz。IS-95最大能提供的码分信道数：一个基站可提供最大能提供的码分信道数：一个基站可提供 业务业务信道，一个频段信道，一个频段1.25MHz 提供最大基站数提供最大基站数(不含导频相位规划不含导频相位规划)，IS-95总占用总占用25MHz，所能提供最多的频段数为所能提供最多的频段数为 。IS-95

29、总共能提供最多码分多址业务用户数总共能提供最多码分多址业务用户数(不含导频相位不含导频相位规划规划)为为3.1 多址技术多址技术重庆大学重庆大学 Chongqing University University 262612/22/2022IS-95中的中的CDMA的主要技术特点：的主要技术特点：CDMA系统中所有用户共享同一时隙、同一频隙。系统中所有用户共享同一时隙、同一频隙。CDMA采用扩频通信，其信道占用采用扩频通信，其信道占用1.25 MHz，属属于宽带通信系统，它具有扩频通信的一系列优点于宽带通信系统，它具有扩频通信的一系列优点比如抗干扰性强、低功率谱密度等。宽带信号有比如抗干扰性强、

30、低功率谱密度等。宽带信号有利于采用利于采用Rake接收机抗频率选择性衰落。接收机抗频率选择性衰落。CDMA是一个干扰受限或者认为是信噪比受限系是一个干扰受限或者认为是信噪比受限系统，其容量不同于统，其容量不同于FDMA、TDMA中的硬容量，中的硬容量，它是软容量。它是软容量。CDMA中的多个地址间的干扰由于中的多个地址间的干扰由于选码不理想，将是系统中最主要干扰，且随用户选码不理想，将是系统中最主要干扰，且随用户数增多而增大。数增多而增大。3.1 多址技术多址技术重庆大学重庆大学 Chongqing University University 272712/22/2022CDMA系统主要特点：

31、系统主要特点：每个基站只需一个射频系统每个基站只需一个射频系统小区内以小区内以CDMA建立信道连接建立信道连接每个码传输一路数字信号每个码传输一路数字信号各用户共享频率和时间各用户共享频率和时间是一个多址干扰受限系统是一个多址干扰受限系统需要相当严格的功率控制需要相当严格的功率控制需要定时同步需要定时同步具有软容量具有软容量具有软切换能力具有软切换能力语音激活技术可扩大系统容量语音激活技术可扩大系统容量抗衰落、抗多径能力强抗衰落、抗多径能力强3.1 多址技术多址技术重庆大学重庆大学 Chongqing University University 282812/22/2022CDMA地址码分类与

32、设计要求地址码分类与设计要求在在CDMA中地址码主要可以划分为三类：中地址码主要可以划分为三类：1、用户地址码，用于区分不同移动用户。、用户地址码，用于区分不同移动用户。2、信道地址码，用于区分每个小区、信道地址码，用于区分每个小区(或扇区或扇区)内的不内的不同信道，它又可分为：同信道，它又可分为：单业务、单速率信道地址码，主要用于第二代单业务、单速率信道地址码，主要用于第二代移动通信移动通信IS-95；多业务、多速率的信道地址码，主要用于第三多业务、多速率的信道地址码，主要用于第三代移动通信代移动通信WCDMA与与CDMA2000。3、基站地址码，在移动蜂窝网中用于区分不同的基基站地址码，在

33、移动蜂窝网中用于区分不同的基站小区站小区(或扇区或扇区)。3.1 多址技术多址技术重庆大学重庆大学 Chongqing University University 292912/22/20224.OFDMA OFDMA是第四代移动通信的核心技术，典型代是第四代移动通信的核心技术，典型代表是表是LTE、WiMax等移动通信体制。学术界与工等移动通信体制。学术界与工业界主流观点认为，只有业界主流观点认为，只有OFDMA才能够满足才能够满足ITU第四代移动通信标准第四代移动通信标准IMT-Advanced的技术要的技术要求。求。OFDMA系统中，整个信道带宽被划分为多个正系统中，整个信道带宽被划分为

34、多个正交的子载波，每个用户分配不同的子载波组用于交的子载波，每个用户分配不同的子载波组用于承载业务数据。承载业务数据。一般的，一般的，OFDMA的子载波映射方式有三种，集的子载波映射方式有三种，集中映射、分布映射与随机映射。中映射、分布映射与随机映射。3.1 多址技术多址技术重庆大学重庆大学 Chongqing University University 303012/22/2022分布式映射将子载波划分为多组，每组子载波分分布式映射将子载波划分为多组，每组子载波分别映射为不同用户，因此每个用户的子载波均匀别映射为不同用户，因此每个用户的子载波均匀分布在整个信号带宽中；分布在整个信号带宽中；集

35、中映射则将一组连续子载波分配给同一个用户，集中映射则将一组连续子载波分配给同一个用户，因此每个用户的信号在整个带宽中集中分布；因此每个用户的信号在整个带宽中集中分布；随机映射按照某种随机规则，在系统可用子载波随机映射按照某种随机规则，在系统可用子载波集合中，对用户的子载波进行随机分配，因此用集合中，对用户的子载波进行随机分配，因此用户信号随机分布在整个带宽中。户信号随机分布在整个带宽中。3.1 多址技术多址技术重庆大学重庆大学 Chongqing University University 313112/22/2022这三种映射方式中，随机映射和分布式映射由于这三种映射方式中，随机映射和分布式

36、映射由于用户信号分布于整个系统带宽，因此能够获得频用户信号分布于整个系统带宽，因此能够获得频率分集增益，性能要优于集中映射。率分集增益，性能要优于集中映射。但后者实现简单，并且通过上层调度，可以弥补但后者实现简单，并且通过上层调度，可以弥补分集增益的损失，因此实际的分集增益的损失，因此实际的LTE、WiMax系统系统中，主要采用集中映射方式。中，主要采用集中映射方式。3.1 多址技术多址技术重庆大学重庆大学 Chongqing University University 323212/22/20223.1 多址技术多址技术重庆大学重庆大学 Chongqing University Univer

37、sity 333312/22/2022OFDMA系统的主要干扰是相邻小区的同频干扰系统的主要干扰是相邻小区的同频干扰(共道干扰共道干扰)。为了抑制同频干扰，小区间干扰协。为了抑制同频干扰，小区间干扰协调是调是OFDMA系统的关键技术之一。系统的关键技术之一。另外，同步技术、峰平比抑制技术、分组调度以另外，同步技术、峰平比抑制技术、分组调度以及信道估计等，也都是及信道估计等，也都是OFDMA的核心技术，尤的核心技术，尤其是其是MIMO技术与技术与OFDMA技术的组合技术的组合，已经成，已经成为第四代移动通信体制的基石。为第四代移动通信体制的基石。3.1 多址技术多址技术重庆大学重庆大学 Chon

38、gqing University University 343412/22/2022OFDMA系统的容量既不同于系统的容量既不同于CDMA的软容量，的软容量，也不同于传统的也不同于传统的FDMA、TDMA的硬容量，可以的硬容量，可以称之为动态容量。称之为动态容量。由于现代信号处理与跨层优化技术的应用，物理由于现代信号处理与跨层优化技术的应用，物理层的链路自适应与层的链路自适应与MAC层的分组调度技术相结合，层的分组调度技术相结合，能够根据信道状态为能够根据信道状态为OFDMA用户动态分配无线用户动态分配无线资源，自适应调整链路速率，从而有效提高了系资源，自适应调整链路速率，从而有效提高了系统容

39、量。统容量。3.1 多址技术多址技术重庆大学重庆大学 Chongqing University University 353512/22/2022本节讨论在物理层决定有效性的最主要因素：本节讨论在物理层决定有效性的最主要因素：信源编码和数据压缩技术。信源编码和数据压缩技术。信源编码是主要利用信源的统计特性，解除信信源编码是主要利用信源的统计特性，解除信源相关性，去掉信源冗余信息，从而达到压缩源相关性，去掉信源冗余信息，从而达到压缩信源输出的信息率，提高系统有效性的目的。信源输出的信息率，提高系统有效性的目的。第二代移动通信主要是语音业务，所以信源编第二代移动通信主要是语音业务，所以信源编码主要

40、指语音压缩编码。第三代移动通信中的码主要指语音压缩编码。第三代移动通信中的信源编码将不仅包含语音压缩编码，还包含各信源编码将不仅包含语音压缩编码，还包含各类图像压缩编码和多媒体数据压缩等方面内容。类图像压缩编码和多媒体数据压缩等方面内容。3.2 信源编码与数据压缩信源编码与数据压缩重庆大学重庆大学 Chongqing University University 363612/22/2022移动通信信源编码基本概念移动通信信源编码基本概念3.2 信源编码与数据压缩信源编码与数据压缩重庆大学重庆大学 Chongqing University University 373712/22/2022数据压

41、缩基本概念数据压缩基本概念3.2 信源编码与数据压缩信源编码与数据压缩重庆大学重庆大学 Chongqing University University 383812/22/20223.2.1 语音压缩编码语音压缩编码 在本部分，我们将讨论语音压缩编码的基本原理与在本部分，我们将讨论语音压缩编码的基本原理与方法，以及在移动通信中的语音编码。主要要求如方法，以及在移动通信中的语音编码。主要要求如下：下：熟悉语音编码技术和语音评价熟悉语音编码技术和语音评价了解波形编码的原理、优点、缺点、常用编码方式了解波形编码的原理、优点、缺点、常用编码方式了解了解CDMA/CDMA2000/WCDMA的语音编码技

42、术的语音编码技术了解了解GSM/IS-95/CDMA2000/WCDMA的语音编码速率的语音编码速率3.2 信源编码与数据压缩信源编码与数据压缩重庆大学重庆大学 Chongqing University University 393912/22/2022语音编码技术概述语音编码技术概述语音编码：语音编码：移动通信数字化的基础，第移动通信数字化的基础，第1/2代蜂窝系统的根本代蜂窝系统的根本 区别区别语音编码的意义语音编码的意义：提高通话质量提高通话质量(数字化数字化+信道编码纠错信道编码纠错)提高频谱利用率提高频谱利用率(低码率编码低码率编码)提高系统容量提高系统容量(低码率，语音激活技术低码

43、率，语音激活技术)移动通信对语音编码的要求：移动通信对语音编码的要求：编码速率低，语音质量好编码速率低，语音质量好 有较强的抗噪声干扰和抗误码的性能有较强的抗噪声干扰和抗误码的性能 编译码延时小，总延时在编译码延时小，总延时在65ms以内以内 编译码器复杂度低，便于大规模集成化编译码器复杂度低，便于大规模集成化 功耗小，便于应用于手持机功耗小，便于应用于手持机3.2 信源编码与数据压缩信源编码与数据压缩重庆大学重庆大学 Chongqing University University 404012/22/2022语音压缩编码分类：语音压缩编码分类：3.2 信源编码与数据压缩信源编码与数据压缩自适

44、应预自适应预测编码测编码CVSDM频谱分析频谱分析重庆大学重庆大学 Chongqing University University 414112/22/2022语音压缩编码分类：语音压缩编码分类：3.2 信源编码与数据压缩信源编码与数据压缩波形编码：将时域模拟话音的波形信号经过采样、量化和编码，形成波形编码：将时域模拟话音的波形信号经过采样、量化和编码，形成数字语音信号数字语音信号编码速率较高编码速率较高16k64k 包括包括PCM、ADPCM、M、CVSDM、APC、自适应变换编码自适应变换编码ATC等等语音质量最高，占用较高带宽，适合有线语音质量最高，占用较高带宽，适合有线参量编码：基于人

45、类语音的产生机理建立数学模型，根据输入语音得参量编码：基于人类语音的产生机理建立数学模型，根据输入语音得出模型参数并传输，在收端恢复。出模型参数并传输，在收端恢复。编码速率较低，编码速率较低，1.24.8 kbps 包括各种线性预测编码包括各种线性预测编码(LPC)方法和余弦声码器方法和余弦声码器语音质量较差，不满足商用要求，较适用于军事和保密通信语音质量较差，不满足商用要求，较适用于军事和保密通信 混合编码：波形编码混合编码：波形编码+参量编码参量编码(LPAS)包括包括GSM的的RPE-LPC编码和编码和VSELP编码编码 语音质量介于以上两者之间，主要用于移动通信语音质量介于以上两者之间

46、，主要用于移动通信重庆大学重庆大学 Chongqing University University 424212/22/2022移动通信中的语音编码移动通信中的语音编码3.2 信源编码与数据压缩信源编码与数据压缩混合编码是优选方向混合编码是优选方向 移动通信频谱资源有限，低码率、高压缩比至关重要；移动通信频谱资源有限，低码率、高压缩比至关重要；加入公用网信噪比又不能太低。加入公用网信噪比又不能太低。决定混合编码的决定混合编码的4个主要参量：数据比特率、话音质量、个主要参量：数据比特率、话音质量、算法复杂度和处理时延。算法复杂度和处理时延。数据比特率：度量信源压缩率和通信系统性能的主要指数据比特

47、率：度量信源压缩率和通信系统性能的主要指标；标；话音质量：国际流行的话音质量：国际流行的MOS法，法，5级评分制；级评分制；算法复杂度：指完成语音编码所需的加法、乘法的运算算法复杂度：指完成语音编码所需的加法、乘法的运算次数，一般可用次数，一般可用MIPS表示；表示；处理时延：复杂度高处理时延：复杂度高处理时延大。处理时延大。重庆大学重庆大学 Chongqing University University 434312/22/2022u 数据比特率数据比特率(bps)数据比特率越低压缩倍数就越大，可通信的话路数数据比特率越低压缩倍数就越大，可通信的话路数 也就越多，移动通信系统也就越有效。也就

48、越多，移动通信系统也就越有效。数据比特率降低，语音质量也随之相应降低，为了补数据比特率降低，语音质量也随之相应降低，为了补偿质量的下降，可采用提高设备硬件复杂度和算法软件偿质量的下降，可采用提高设备硬件复杂度和算法软件复杂度的办法。复杂度的办法。降低比特速率另一种有效方法是采用可变速率的自适降低比特速率另一种有效方法是采用可变速率的自适应传输，它可以大大降低语音的平均传送率。应传输，它可以大大降低语音的平均传送率。还可以进一步采用语音激活技术，充分利用至少还可以进一步采用语音激活技术，充分利用至少3/8的的有效空隙，可获得大致约有效空隙，可获得大致约2.67dB的有效增益。的有效增益。3.2

49、信源编码与数据压缩信源编码与数据压缩重庆大学重庆大学 Chongqing University University 444412/22/2022度量方法不外乎客观与主观两个角度：度量方法不外乎客观与主观两个角度：客观度量可以采用信噪比、误码率、误帧率，客观度量可以采用信噪比、误码率、误帧率，相对而言简单、可行。相对而言简单、可行。主观度量是由人耳主观特性来判断，比客观度主观度量是由人耳主观特性来判断，比客观度量复杂。目前国际上常采用的主观评判方法称为量复杂。目前国际上常采用的主观评判方法称为MOS方法方法。u 话音质量话音质量 3.2 信源编码与数据压缩信源编码与数据压缩重庆大学重庆大学 C

50、hongqing University University 454512/22/2022 语音编码硬件复杂度取决于语音编码硬件复杂度取决于DSP处理能力，而软件复杂度处理能力，而软件复杂度则主要体现在算法复杂度上。算法复杂度增大，也会带来更则主要体现在算法复杂度上。算法复杂度增大，也会带来更长的运算时间和更大的处理时延长的运算时间和更大的处理时延。参数 指标编码器类型数据比特率(Kbps)复杂度(MIPS)时延(ms)质量(MOS)脉码调制PCM640.0104.3自适应差分脉码调制ADPCM320.104.1自适应自带编码161254多脉冲线性预测编码810353.5随机激励线性预测编码4